(57)【要約】【課題】本発明の課題は、簡易、かつ省エネルギーで二酸化炭素を処理することができるとともに、二酸化炭素を原料とし、有用なエネルギー源となり得るメタンを生成することができる二酸化炭素変換方法および二酸化炭素変換装置を提供することにある。【解決手段】嫌気性微生物を培養した培養物（槽内バイオマス）と二酸化炭素含有ガスとを接触せしめ、二酸化炭素をメタンに変換することを特徴とする。これにより、嫌気性微生物の作用によって、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素を処理することができるとともに、エネルギー源として有用なメタンを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性微生物を培養した培養物に二酸化炭素含有ガスを導入して、二酸化炭素をメタンに変換することを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項２】
請求項１において、前記嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスは、固形物濃度を５重量％以上、揮発性固形物濃度を２重量％以上含有するものであることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項３】
請求項２において、前記バイオマスの炭素元素／窒素元素の重量比が１０〜５０、炭素元素／リン元素の重量比が５０〜５００であることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記バイオマスは、少なくとも５分間の静止状態において二層に分離することなく擬均一系を維持するものであることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項５】
請求項１において、前記培養物の当該培養物を収容する変換槽での保持時間が、３〜２０日であることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項６】
請求項２において、前記二酸化炭素含有ガスを前記バイオマスと接触させ、二酸化炭素を当該バイオマスに吸収させることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項７】
請求項１において、前記二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素が前記培養物に対して１日以上の保持時間となるように当該二酸化炭素含有ガスを導入することを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項８】
請求項１において、前記培養物の温度が、５０〜８５℃の間で設定されることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項９】
請求項１において、前記培養物が、水素電極電位基準で０．０Ｖより卑側に保持された電極と接触していることを特徴とする、二酸化炭素変換方法。
【請求項１０】
嫌気性微生物の作用により二酸化炭素をメタンに変換する変換槽と、
前記変換槽内の培養物に前記嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスを導入するバイオマス導入手段と、
前記培養物に二酸化炭素含有ガスを導入するガス導入手段と、を備えていることを特徴とする、二酸化炭素変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を処理するとともに、二酸化炭素をメタンに変換する二酸化炭素変換方法、およびその方法に好適な二酸化炭素変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃焼排ガスなどに含まれる二酸化炭素が大気中に放出されることによって、地球温暖化を引き起こす原因となり得ることが問題となっている。二酸化炭素の処理方法としては、光合成反応を利用した生物学的な固定化処理（例えば特許文献１参照）やメタノールまたはメタンへの化学的な変換処理（例えば特許文献２参照）などが提案されている。
【０００３】
しかし、光合成反応方法は処理効率が小さく、装置構成が大きくなりすぎてしまい、他の利点を相殺してしまう。また、化学的処理方法では変換に要するエネルギーが大きすぎ、メタノールやメタンが生成できたとしても利点がほとんど無くなってしまう。このように、現在提案されている二酸化炭素の処理方法はいずれも高エネルギー、高コストであるため、実用化に向けて多くの課題を有している。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７７３５７号公報
【特許文献２】特開平６−２３４６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みなされてものであり、その課題は、簡易、かつ省エネルギーで二酸化炭素を処理することができるとともに、二酸化炭素を、有用なエネルギー源となり得るメタンに変換することができる二酸化炭素変換方法および二酸化炭素変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、嫌気性微生物を培養した培養物に二酸化炭素含有ガスを導入して、二酸化炭素をメタンに変換することを特徴とする。
【０００７】
この特徴によれば、嫌気性微生物の作用によって簡易、かつ省エネルギーで二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素をメタンに変換することができる。すなわち、二酸化炭素を原料として、エネルギー源となり得るメタンガスを容易に生成することが可能である。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第１の態様において、前記嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスは、固形物濃度を５重量％以上、揮発性固形物濃度を２重量％以上含有するものであることを特徴とする。
【０００９】
嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスの固形物濃度が５重量％以上、揮発性固形物濃度が２重量％以上であると、嫌気性微生物に充分な栄養成分を供給することができ、二酸化炭素をメタンに変換させるのに充分な生化学反応の駆動力を得ることができるとともに、高い二酸化炭素変換効率が得られる。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第２の態様において、前記バイオマスの炭素元素／窒素元素の重量比が１０〜５０、炭素元素／リン元素の重量比が５０〜５００であることを特徴とする。バイオマスの炭素元素／窒素元素の重量比が１０〜５０、炭素元素／リン元素の重量比が５０〜５００であると、二酸化炭素をメタンに変換する充分な反応速度を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の第４の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第２の態様または前記第３の態様において、前記バイオマスは、少なくとも５分間の静止状態において二層に分離することなく擬均一系を維持するものであることを特徴とする。
【００１２】
バイオマスが少なくとも５分間の静止状態において二層に分離することなく擬均一系を維持する程度の親水性を有することにより、二酸化炭素をメタンに変換させる反応性を安定状態として維持することができる。
【００１３】
また、本発明の第５の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第１の態様において、前記培養物の当該培養物を収容する変換槽での保持時間が、３〜２０日であることを特徴とする。この特徴によれば、二酸化炭素をメタンに変換する充分な駆動力を維持することができる。
【００１４】
また、本発明の第６の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第２の態様において、前記二酸化炭素含有ガスを前記バイオマスと接触させ、二酸化炭素を当該バイオマスに吸収させることを特徴とする。この特徴によれば、二酸化炭素含有ガスを発酵前にバイオマスと接触させ、当該バイオマスに二酸化炭素を吸収させることにより、二酸化炭素含有ガスとして二酸化炭素を膜分離などによって処理する必要がなく、不必要な高濃度化を行う必要がない。
【００１５】
また、本発明の第７の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第１の態様において、前記二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素が前記培養物に対して１日以上の保持時間となるように当該二酸化炭素含有ガスを導入することを特徴とする。この特徴によれば、二酸化炭素をメタンに変換させるための充分な時間を確保することができる。
【００１６】
また、本発明の第８の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第１の態様において、前記培養物の温度が、５０〜８５℃の間で設定されることを特徴とする。この特徴によれば、二酸化炭素をメタンに変換させる反応速度を高めることができるとともに、嫌気性微生物に熱ショックを与えること無く安定した代謝活動を維持することができる。
【００１７】
また、本発明の第９の態様に係る二酸化炭素変換方法の発明は、前記第１の態様において、前記培養物が、水素電極電位基準で０．０Ｖより卑側に保持された電極と接触していることを特徴とする。この特徴によれば、生成ガス中のメタン濃度を向上させることが可能である。
【００１８】
また、本発明の第１０の態様に係る二酸化炭素変換装置の発明は、嫌気性微生物の作用により二酸化炭素をメタンに変換する変換槽と、前記変換槽内の培養物に前記嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスを導入するバイオマス導入手段と、前記培養物に二酸化炭素含有ガスを導入するガス導入手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
地球温暖化の原因物質と考えられている二酸化炭素を簡易、かつ省エネルギーで処理することができるとともに、当該二酸化炭素をエネルギー源となり得るメタンに変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る二酸化炭素変換方法および二酸化炭素変換装置について説明する。  
本発明に係る二酸化炭素変換方法は、嫌気性微生物を培養した培養物（槽内バイオマス）に二酸化炭素含有ガスを導入して、二酸化炭素をメタンに変換することを特徴とするものである。
【００２１】
嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスは、固形物濃度を５重量％以上、好ましくは７〜１２重量％含有するものが好適である。固形物濃度が５重量％未満であると二酸化炭素をメタンに変換させる生化学反応の駆動力が不足してしまい、メタンの生成が困難となる場合がある。また、固形物濃度が１２重量％を超えると培養物の混合、撹拌性が悪化し、二酸化炭素のメタンへの変換性（割合）が低下してしまう場合がある。ここで、固形物としては、例えば食品加工残渣、生ごみ、各種汚泥、家畜糞尿などの有機性廃棄物が挙げられる。なお、バイオマスの固形物濃度は、例えば乾燥法によって計測することができる。
【００２２】
また、バイオマスは、揮発性（有機性）固形物濃度を２重量％以上、好ましくは３〜７重量％含有するものが好適である。揮発性固形物濃度が２重量％未満であると低濃度固形物濃度の場合と同じく、二酸化炭素をメタンに変換させる生化学反応の駆動力が不足してしまい、メタンの生成が困難となる場合がある。また、揮発性固形物濃度が７重量％を超えると過負荷状態を生じるとともに、揮発性有機酸やアンモニアなどによる発酵阻害も発生する。その結果として、二酸化炭素のメタンへの変換効率が低下してしまう場合がある。ここで、揮発性固形物は、固形物濃度分のうち、強熱減量に関与するものであり、空気中で６００℃加熱によって減量する部分をいう。
【００２３】
また、バイオマスの炭素元素／窒素元素の重量比が１０〜５０、好ましくは１２〜１６であると有利である。さらに、バイオマスの炭素元素／リン元素の重量比が５０〜５００、好ましくは１００〜５００であると有利である。バイオマスの炭素元素／窒素元素の重量比および炭素元素／リン元素の重量比が上記範囲であると、反応速度が向上し、短時間で二酸化炭素をメタンに変換させることが可能である。
【００２４】
また、バイオマスに含まれる栄養成分として、炭水化物、タンパク質、これらの加水分解生成物、油脂、脂肪酸類、またはこれらの混合物を含有しているものが好ましい。ここで、炭水化物としては、例えばデンプンなどの多糖類、二糖類、単糖類が挙げられ、タンパク質としては、例えばアミノ酸類、アミノ酸多量体などが挙げられ、油脂、脂肪酸類としては、例えば脂質、高級脂肪酸などが挙げられる。
【００２５】
バイオマスは発酵の前にあらかじめ微小な親水性物質としておくことが好ましい。バイオマス（固形物成分）を微小な親水性物質とする手段としては、例えば破砕・摩砕処理、超音波処理、高温・高圧処理、加水分解を促進する生物学的処理などが挙げられる。
【００２６】
バイオマスの親水性の目安として、例えば、バイオマスの懸濁液または乳濁液が少なくとも５分間の静止状態において二層に分離することなく、擬均一系を維持することが挙げられる。バイオマスの親水性が低下すると反応性が著しく低下してしまうことがあるため、反応性を安定して維持するためには充分な加水分解処理によって栄養成分に水酸基を導入することが好ましい。なお、親水性が充分ではないバイオマス（例えば、上記親水性の目安で二層に分離したもの、または二相分離後の下層）については、再度上記処理を行い栄養成分の微小化、親水性化を行うことが好ましい。
【００２７】
上記バイオマスを嫌気性微生物の作用により充分に発酵させて、還元性雰囲気を有する培養物（槽内バイオマス）を生成させ、当該培養物の変換槽での平均水力学的保持時間が３日〜２０日程度となるように調整することが好ましい。培養物の温度（発酵温度）により異なるが、充分な二酸化炭素のメタンへの変換率を確保するためには、３日（発酵温度８５℃の場合）から１０日（発酵温度５０℃の場合）の時間が最低必要であり、好ましくは５日（発酵温度８５℃の場合）から１５日（発酵温度５０℃の場合）である。水力学的保持時間を２０日を超えて無闇に長くしても有効な反応はほぼ終結しているため、有利な効果はほとんど得られない場合がある。
【００２８】
培養物（槽内バイオマス）の温度は、５０〜８５℃の間のある温度で設定することが好ましい。そして、二酸化炭素をメタンに変換させる過程における温度変化がその設定温度の−４℃から＋４℃以内、好ましくは−２℃から＋２℃以内に保持されていることが好適である。
【００２９】
本発明の二酸化炭素変換方法はアンモニアによる反応阻害性を回避すれば８５℃までの高温発酵が可能であり、高温であるほど反応速度（反応性）を向上させることができる。また、二酸化炭素変換過程での温度変化が上記範囲を超えると、嫌気性微生物に熱ショックを与え得るため、大きな温度の変動は回避した方が好ましい。ここで、各温度における好ましいアンモニア濃度としては、例えば、培養物のｐＨ値が７．７である場合において、発酵温度５０℃で全アンモニア濃度が３．２ｇ／Ｌ以下、発酵温度６５℃で全アンモニア濃度が１．７ｇ／Ｌ以下、発酵温度８５℃で全アンモニア濃度が０．５ｇ／Ｌ以下であり、許容濃度は各数値の２倍程度である。
【００３０】
バイオマスは定量ポンプ等を用いて連続的または間欠的に導入することが好ましく、その途中で二酸化炭素含有ガスと接触させることにより、二酸化炭素を吸収させておくことが好ましい。バイオマスによる発酵前の二酸化炭素吸収は、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を選択分離する工程（例えば膜分離工程）を省くことができる点で工程上、特に有効である。
【００３１】
変換槽内バイオマス（培養物）の温度は上述したように５０℃以上の滅菌能力を有する温度領域に設定され得るため、バイオマス中に病原性の菌などが存在していても、変換槽内で所定時間滞留させることによって死滅または不活性化させることができる。ここで、間欠的なバイオマスの導入方法を例に挙げて説明すると、バイオマスの導入間隔は培養物の温度により適宜設定することができ、例えば発酵温度が５０℃の場合には、少なくとも８時間程度、好ましくは２４時間程度であり、発酵温度が６５℃の場合には、少なくとも１時間程度、好ましくは１０時間程度であり、発酵温度が８５℃の場合には、少なくとも５分間程度、好ましくは１時間程度である。この導入間隔は、混合方式の変換槽、押出式（プラグフロー式）の変換槽でも同様である。
【００３２】
また、二酸化炭素含有ガスをあらかじめバイオマスと接触させ、二酸化炭素をバイオマスに吸収させるため、二酸化炭素含有ガスに酸素が含まれていても特に問題はない。二酸化炭素含有ガスとしては特に限定されないが、例えば燃焼排ガス、内燃機関排ガス、ボイラ燃焼排ガス、発酵ガス、各種の分解ガスや排ガスが挙げられる。
【００３３】
また、二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素が微量であっても二酸化炭素はバイオマスに吸収濃縮されるので、二酸化炭素濃度に制限はない。すなわち、二酸化炭素は水（バイオマス）に対する溶解度が大きいため、二酸化炭素濃度がわずかでもあればバイオマスに二酸化炭素を溶解させることができ、これにより二酸化炭素のメタンへの変換が可能となる。そのため、無闇に高濃度の二酸化炭素を含有するガスを用いることを要しない。
【００３４】
本発酵において二酸化炭素は水素資化菌によってメタンに変換される。その変換量は二酸化炭素量と水素資化菌の活性の程度によって変化する。二酸化炭素が過剰になった場合にはメタンに変換できずに二酸化炭素のまま発酵槽（変換槽）から排出されるため、発酵ガス（バイオガス）中のメタン濃度が低下してしまう。
【００３５】
水素資化菌の活性度を上げる方法としては、変換槽内の培養物（槽内バイオマス）に、水素電極電位基準で０．０Ｖより卑側、好ましくは−０．１Ｖより卑側、より好ましくは−０．１Ｖから−０．９Ｖに保持された電極を接触させることが好ましい。電極電位が−１．０Ｖ程度より卑側であると、水の電気分解によって水素が発生する場合がある。
【００３６】
培養物（槽内バイオマス）の電極への接触方法としては、例えば変換槽内の培養物に電極を浸す方法、培養物の一部を循環させて、その循環経路上に電極を配置する方法などをとることができる。培養物に上記電位に保持された電極を接触させることによって生成ガス中のメタン濃度を高めることが可能である。
【００３７】
次に、図面に沿って本発明に係る二酸化炭素変換装置について説明する。ここで図１は、本発明の実施形態に係る二酸化炭素変換装置１００の概略構成図である。  
この二酸化炭素変換装置１００は、主要な構成として、嫌気性微生物の作用により二酸化炭素をメタンに変換する変換槽１０と、嫌気性微生物の培養に用いるバイオマスを変換槽１０に導入するバイオマス導入手段１２と、バイオマスに二酸化炭素含有ガスを導入することによってバイオマスと共に気液混合状態で二酸化炭素を変換槽１０に導入するガス導入手段１１を備えている。
【００３８】
図１に示すようにバイオマスは、変換槽１０に導入する前に処理を行う前処理装置としてのバイオマス処理装置２１に投入される。バイオマス処理装置２１はバイオマスに親水性を付与して、メタン発酵を助けることを目的としている。バイオマス処理装置２１としては、例えば超音波式加水分解装置やこれと破砕・摩砕機との組合せ装置が用いられる。超音波式加水分解装置は、超音波式の加水分解装置であって照射管内にバイオマスを流す構成となっており、キャビテーション作用によって栄養成分を加水分解するものである。超音波式加水分解装置を用いる場合には、ホモジナイザーにより前処理したバイオマスを超音波式加水分解装置に供給して親水性を付与した後、親水性度の判定のために分離器を用いて静置によって分離させ、上層を変換槽１０に供給し、下層をホモジナイザーに返送する構成とすることなどが好ましい。
【００３９】
バイオマス処理装置２１において親水性が付与されたバイオマスは、制御装置４０によって所定量が排出されるように制御される。このバイオマスにはガス導入手段１１を介して二酸化炭素含有ガスが導入され、バイオマスと二酸化炭素含有ガスとからなる気液混合状態が形成され、二酸化炭素がバイオマスに吸収される。なお、二酸化炭素含有ガスの導入量は、バルブ２２を制御装置４０で制御することによって調整される。バイオマスに吸収されない二酸化炭素以外のガスは系外に排出される。
【００４０】
二酸化炭素を含有したバイオマスは、ポンプＰ１の駆動力によってバイオマス導入手段１２を介して変換槽１０に導入される。
【００４１】
変換槽１０は、嫌気性微生物を用いる通例のメタン発酵槽と同様の装置から構成することができ、その内部を嫌気状態に維持できるように構成されている。また、変換槽１０には、図示しない加熱手段が具備されており、培養物（槽内バイオマス）１９の温度を所定温度に保持できるように構成されている。加熱手段は特に限定されるものではなく、例えば加熱媒体を用いる既知の加熱手段を使用可能である。またさらに、完全混合発酵槽の場合には撹拌手段２８が設けられており、二酸化炭素と槽内バイオマスを均質な状態とする。
【００４２】
さらに、変換槽１０には、培養物１９のｐＨ値を測定するｐＨメーター２３が備えられており、測定ｐＨ値を基に制御装置４０に測定結果信号を送信して、バイオマスの導入量、二酸化炭素含有ガスの導入量および電位制御装置２４（後述する）での電極電位を調整することができるように構成されている。例えば、ｐＨ値が所定値より上昇した場合にはバイオマス処理装置２１を制御して栄養負荷を減少させるとともに、バルブ２２を制御して二酸化炭素含有ガスの導入量を調整することができ、また、ｐＨ値が所定値より低下した場合にはバイオマス処理装置２１を制御して栄養負荷を減少させるとともに、電位制御装置２４を制御して電極電位をより卑側の電位に調整することができる。
【００４３】
培養物１９は、その一部がポンプＰ２によって電位制御装置２４に供給され、この電位制御装置２４において所定電位に保持された電極（図示せず）と接触する。電極と接触した培養物１９は、変換槽１０に返送されるように構成されている。なお、電位制御装置２４における電極電位は、制御装置４０によって制御され、水素電極電位基準で０．０Ｖより卑側、好ましくは−０．１Ｖから−０．９Ｖとなるように調整される。
【００４４】
培養物１９では、嫌気性微生物の作用によって還元性雰囲気が調整され、二酸化炭素がメタンに変換されて生成ガス１８が生成される。生成ガス１８は培養物１９中を上昇して変換槽１０の上部空間部に達し、変換槽１０の上部に設けられたガス取り出し口から取り出されてガスホルダに貯留されたり、そのままもしくは処理された後にエネルギー源などとして利用される。なお、生成ガス１８の取り出し経路には、生成ガス１８に含まれるメタン濃度を測定するメタン濃度計４１が設けられており、例えばメタン濃度から生成ガス１８の発熱量などを算出できるように構成されている。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例等を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらによってなんら制約されるものではない。
【００４６】
実施例１〜５および比較例１
＜実施条件＞
図１に示した二酸化炭素変換装置１００を使用して、以下の実施例等を行った。  
バイオマスとしての各種食品残渣を破砕・混合処理し、さらに超音波処理による加水分解処理を行った。これに二酸化炭素含有ガスを導入して二酸化炭素を吸収させた後、酸素を１０％程度含む内容量１ｍ３の変換槽に導入した。バイオマスの導入量は０．１０ｍ３／日、発酵温度（変換槽の内部温度）は６５℃に設定した。
【００４７】
なお、加水分解処理後のバイオマスの性状は、固形物濃度（１１０℃、一昼夜乾燥処理）：１２重量％、揮発性固形物濃度（６００℃焼成処理）：５重量％、ｐＨ値：７．５、炭素元素／窒素元素の重量比：１５、炭素元素／リン元素の重量比：２５０であった。
【００４８】
そして、バイオマスを、二酸化炭素濃度が２０体積％（実施例１）、３０体積％（実施例２）、４０体積％（実施例３）、５０体積％（実施例４）である二酸化炭素含有ガスと接触させ、異なる量の二酸化炭素を変換槽（発酵槽）に供給した。この場合における、気液接触させたガス量（ｍ３／日）と生成ガス中のメタン濃度（体積％）との関係を図２に示した。なお、比較例１として、二酸化炭素を導入しない場合についても示した。
【００４９】
さらに、実施例５として、二酸化炭素濃度が５０体積％の二酸化炭素含有ガスと接触させ、槽内バイオマス（培養物）を−０．５Ｖ（水素電極電位基準）の電位に保持された電極に接触させながら二酸化炭素の変換を行った場合についても図２に示した。
【００５０】
＜結果＞
図２に示すように、二酸化炭素導入量を高めるに伴い生成ガス中のメタン濃度が向上していること、および二酸化炭素導入量の増加に伴いメタン濃度が向上していることが確認できる。一方、二酸化炭素濃度を導入しない場合では、メタン濃度の有意な向上は認められなかった。
【００５１】
また、二酸化炭素導入量を高めることによるメタン濃度の向上の程度は、二酸化炭素導入量が高まるほど小さくなっていることが確認できる。このことから、二酸化炭素のメタンへの交換速度には上限があり、効率上、最適な導入量が存在することがわかる。
【００５２】
本実施例では二酸化炭素含有ガス流が１．０ｍ３／日を越えると生成ガス中のメタン濃度がほぼ飽和していることが確認できる。これは、気液接触における二酸化炭素吸収の効率が低下するためと考えられる。
【００５３】
また、二酸化炭素濃度が共に５０体積％と同一である実施例４と実施例５を比べると、−０．５Ｖに保持された電極に槽内バイオマスを接触させた実施例５の方が、メタン濃度が高いことが確認できる。
【００５４】
実施例６〜１０
＜実施条件＞
図１に示した二酸化炭素変換装置１００を使用して、以下の実施例を行った。  
バイオマスとしての各種食品残渣を破砕・混合処理し、さらに超音波処理による加水分解処理を行った。これに酸素を含まない二酸化炭素含有ガスを導入し、その一部の二酸化炭素を吸収させた後、バイオマスと未吸収の二酸化炭素含有ガスからなる気液混合状態のまま内容量１ｍ３の変換槽に導入した。バイオマスの導入量は０．１０ｍ３／日、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素濃度は５０体積％に設定した。
【００５５】
なお、加水分解処理後のバイオマスの性状は、固形物濃度（１１０℃、一昼夜乾燥処理）：１２重量％、揮発性固形物濃度（６００℃焼成処理）：５重量％、ｐＨ値：７．５、炭素元素／窒素元素の重量比：１５、炭素元素／リン元素の重量比：２５０であった。
【００５６】
そして、発酵温度（変換槽の内部温度）を３５℃（実施例６）、５０℃（実施例７）、６５℃（実施例８）、８５℃（実施例９）として、二酸化炭素の変換を行った。この場合における、二酸化炭素導入量（ｍ３／日）と生成ガス中のメタン濃度（体積％）との関係を図３に示した。
【００５７】
さらに、実施例１０として、発酵温度を８５℃とし、槽内バイオマス（培養物）を−０．５Ｖ（水素電極電位基準）の電位に保持された電極に接触させながら二酸化炭素の変換を行った場合についても図３に示した。
【００５８】
＜結果＞
図３に示すように、発酵温度を高めるに伴い生成ガス中のメタン濃度が向上していること、および二酸化炭素導入量の増加に伴いメタン濃度が向上していることが確認できる。
【００５９】
また、いずれの発酵温度の場合においても二酸化炭素導入量が１．０ｍ３／日を越えると生成ガス中のメタン濃度がほぼ飽和していることが確認できる。これは、気液接触性にもとづく二酸化炭素吸収効率が影響しているものと考えられる。
【００６０】
さらに、発酵温度の高い実施例ほど、より少ない二酸化炭素導入量でメタン濃度が飽和していることが確認できる。
【００６１】
また、発酵温度が共に８５℃と同一である実施例９と実施例１０を比べると、−０．５Ｖに保持された電極に槽内バイオマスを接触させた実施例１０の方が、メタン濃度が高いことが確認できる。
【００６２】
実施例１１〜１５
＜実施条件＞
図１に示した二酸化炭素変換装置１００を使用して、以下の実施例を行った。  
バイオマスとしての各種食品残渣を破砕・混合処理し、さらに超音波処理による加水分解処理を行った。これをバイオガスのガスエンジン排ガスと接触させて二酸化炭素を吸収させた後、変換槽に導入した。発酵温度（変換槽の内部温度）は６５℃、電極と培養物（槽内バイオマス）との接触時間（すなわち、発酵の保持時間）は５日に設定した。
【００６３】
なお、加水分解処理後のバイオマスの性状は、固形物濃度（１１０℃、一昼夜乾燥処理）：１２重量％、揮発性固形物濃度（６００℃焼成処理）：５重量％、ｐＨ値：７．５、炭素元素／窒素元素の重量比：１５、炭素元素／リン元素の重量比：２５０であった。
【００６４】
そして、図４に示す電位に調整した電極に槽内バイオマス（培養物）を接触させて二酸化炭素変換を行い、その電極電位（Ｖ）における生成ガス中のメタン濃度（体積％）を示した。
【００６５】
＜結果＞
図４に示すように、電位制御しない実施例１１と比し、電位を保持した電極に槽内バイオマスを接触させた実施例１２〜１５では、メタン濃度が向上していることが確認できる。また、電極電位が−１．０Ｖである実施例１５では、水素ガスの生成が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、地球温暖化の原因物質と考えられている二酸化炭素を簡易、かつ省エネルギーで処理することができるとともに、二酸化炭素を原料としてエネルギー源となり得るメタンを生成することができることから、地球温暖化防止およびエネルギー産出に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態に係る二酸化炭素変換装置の概略構成図。
【００６８】
【図２】実施例１〜５および比較例１に係る二酸化炭素導入量と生成ガス中のメタン濃度との関係を示す図。
【００６９】
【図３】実施例６〜１０に係る二酸化炭素導入量と生成ガス中のメタン濃度との関係を示す図。
【００７０】
【図４】実施例１１〜１５に係る電極電位と生成ガス中のメタン濃度との関係を示す図表。
【符号の説明】
【００７１】
１０  変換槽
１１  ガス導入手段
１２  バイオマス導入手段
１８  生成ガス
１９  培養物（槽内バイオマス）
２１  バイオマス処理装置
２２  バルブ
２３  ｐＨメーター
２４  電位制御装置
２８  撹拌手段
４０  制御装置
４１  メタン濃度計
１００  二酸化炭素変換装置
【図１】
2005168368.tif 000003
【図２】
2005168368.tif 000004
【図３】
2005168368.tif 000005
【図４】
2005168368.tif 000006